同步除磷脫氮工藝技術(shù)探討

1、同步除磷脫氮工藝技術(shù)探討在缺氧條件下，反硝化聚磷菌（）利用厭氧條件下積累在體內(nèi)的做源和電子供體，以硝酸鹽氮作為電子受體進行無氧呼吸。無氧呼吸過程中產(chǎn)生的能量可用來將環(huán)境中的正磷酸鹽吸收至反硝化聚磷菌體內(nèi)以異染?；蚱渌吆琢康膬Υ嫖镔|(zhì)存在。然后系統(tǒng)通過排出這種高含磷的污泥而達到去除磷的目的，因此反硝化聚磷菌（）反硝化除磷脫氮工藝的剩余污泥含磷量很高。由于反硝化聚磷菌的碳原是一種較為復雜的有機物（），因此基質(zhì)利用速度相對普通的好氧細菌來說比較慢，反過來說，反硝化聚磷菌（）污水同步除磷工藝的污泥產(chǎn)量也就比較少。但可以看出污泥產(chǎn)量少并不代表該系統(tǒng)的除磷水平就會降低。因為從上面的分析中可以看出，污泥產(chǎn)

2、量減少是通過減少污泥中其它雜菌（普通好氧菌，普通反硝化菌等）含量而達到的。如果缺氧池中易生化有機物多，肯定是優(yōu)先發(fā)生反硝化，導致改池中硝酸鹽硝化殆盡。然后缺氧池實質(zhì)變成了厭氧池當然就發(fā)生了釋放磷的現(xiàn)象。脫氮效果不好請檢查一下污泥齡，一般來說10天左右比較合適。脫氮除磷的效果除設(shè)計原因外,運行管理是很關(guān)鍵的,如厭氧池不能有氧,但如何控制呢?好氧區(qū)氧不足會影響硝化和聚磷,氧太高會使厭氧區(qū)產(chǎn)生微氧環(huán)境,影響釋磷,有時好氧區(qū)溶氧不高,厭氧區(qū)也可能有微氧,與好氧區(qū)的溶氧高低外,還與污沉淀池的停留時間、缺氧程度等因素有關(guān).此外,還要做到按工藝要求及時排泥,磷的最終去除出路是通過剩余污泥排放的,如不及時排放

3、，會在系統(tǒng)內(nèi)周而復始地進行聚磷和釋磷的循環(huán)。總之,運行管理的各個主要環(huán)節(jié)一定要控制好. 關(guān)鍵是進水有足夠的BOD，否則無論采用何種工藝，都難于有好的除磷脫氮效果。源對脫氮和除磷都是必要的。以現(xiàn)有的污水來看，原不會完全沒有，只會存在不足。反硝化聚磷菌一碳兩用，所以可以有一定的優(yōu)勢！ 嚴格地說，不是反硝化聚磷菌對環(huán)境的要求苛刻，而是微生物生態(tài)體系具有內(nèi)在的自我動態(tài)平衡特征以及地域性特征，使得反硝化聚磷在實際工程中仍然具有不可人為調(diào)控的特性，因此，需要進一步對活性污泥中的反硝化聚磷菌生態(tài)學特征和地域特征進行研究，以確定可人為調(diào)控的參數(shù)或地域條件。目前的一些研究可能存在基本概念不夠

4、清晰、目標不夠明確、結(jié)論難以在不同地域重現(xiàn)等問題，屬于探索階段，還是大家從不同方向探討較好。1987年，中國市政工程華北設(shè)計研究院除磷脫氮科研組在A/A/O工藝的中試研究中觀測到缺氧區(qū)磷的吸收速率為4.387.05 mgP/gVSS·h，好氧區(qū)磷的吸收速率為2.13.45 mgP/gVSS·h。缺氧區(qū)磷的吸收速率大于好氧區(qū)是因為聚磷菌經(jīng)厭氧釋磷并吸收有機物合成PHB后，先進入缺氧區(qū)，最后才進入好氧區(qū)；在缺氧區(qū)中，一部分聚磷菌利用硝酸鹽作為最終電子受體分解細胞內(nèi)的PHB，產(chǎn)生大量的能量用于磷的吸收和聚磷的合成；與此同時聚磷菌得到增殖，經(jīng)過缺氧區(qū)的碳能源消耗后，聚磷菌體內(nèi)的PH

5、B量已經(jīng)大幅度下降，因此進入好氧區(qū)后，可用于產(chǎn)生能量的碳能源（有機物）供應水平明顯低于缺氧區(qū)，相應地磷的吸收速率也就降低了。         根據(jù)基質(zhì)與除磷微生物混合后出現(xiàn)的響應方式Gerber等人把能誘導磷釋放的基質(zhì)劃分成三類。A類：乙酸、甲酸和丙酸等低分子有機酸；B類：乙醇、檸檬酸、甲醇和葡萄糖等；C類：丁酸、琥珀酸等。實際上，這三類基質(zhì)都屬于快速生物降解COD（Sbs）。    鄭興燦等人1990根據(jù)Gerber等人的研究成果，作了進一步的試驗研究，其中硝酸鹽對磷釋放的

6、影響試驗結(jié)果簡述如下：     從生物除磷脫氮裝置的好氧區(qū)取得泥樣，經(jīng)離心洗滌后分別與含硝酸鹽的SA溶液、SB溶液和污水混合，考查缺氧厭氧狀態(tài)下磷的釋放，試驗結(jié)果表明硝酸鹽的存在對SA誘導磷降放的能力有很大的不利影響，初始硝態(tài)氮濃度越高，則線性段越短，釋放總量也越小，但不管硝態(tài)氮濃度是多大，釋放曲線的線性段的斜率均一樣，未發(fā)生變化，這說明硝酸鹽的存在不影響SA誘導的磷釋放速率，僅影響釋放總量。從試驗結(jié)果還可看出當基質(zhì)耗完后還存在硝酸鹽時可出現(xiàn)磷的吸收，硝酸鹽耗完后混合液進入完全厭氧狀態(tài)，釋磷速率明顯增大。從研究結(jié)果可看出硝酸鹽也明顯抑制SB對磷釋放的誘導

7、。硝酸鹽存在時，污水污泥混合液中出現(xiàn)明顯的磷的凈吸收，硝酸鹽耗完后又轉(zhuǎn)變?yōu)榱椎膮捬鮾翎尫拧?#160;    綜合分析試驗結(jié)果和其它方面的觀測結(jié)果，給出如下作用機理來解釋硝酸鹽對磷的釋放的影響：     1，在各類基質(zhì)中反硝化細菌優(yōu)先利用SA，在與聚磷菌競爭SA時反硝化菌占優(yōu)勢地位，對SB來說也是如此。     2，一部分聚磷菌能利用硝酸鹽作為最終電子受體，并將其異化還原成氮氣，Lotter（1985）曾報導從生物除磷處理廠污泥中分離到的100株不動細菌中有52株有異化還原硝酸鹽的能力

8、。也就是說一部分細菌兼具除磷和反硝化能力，這部分聚磷菌能通過與好氧狀態(tài)下類似的途徑分解有機物產(chǎn)生大量的能量用于吸收磷酸鹽和合成聚磷。那些不具備反硝化能力的聚磷菌則可釋放磷。     因此，缺氧狀態(tài)下的效應（凈釋放或凈吸收）取決于污泥中這兩類聚磷菌所占的比例和活性、基質(zhì)的性質(zhì)和濃度以及反硝化細菌的濃度等多方面的因素。存在SA時，反硝化細菌對SA的競爭可導致釋磷總量的下降，由于SA可直接誘發(fā)磷的釋放，且釋放速率與SA濃度無關(guān)，因此硝酸鹽的存在對釋磷速率沒有影響。     對SB來說情況有所不同，由于SB必須轉(zhuǎn)化成SA后

9、才能誘導磷的釋放，因此在缺氧條件下由于反硝化菌對SB和SA的競爭，造成所產(chǎn)生的可用于誘導磷釋放的SA濃度很低，這樣一來磷的釋放總量明顯下降，釋放速率也明顯降低。與此同時，由于部分聚磷菌能通過反硝化反應產(chǎn)生能量進行磷的吸收活動，因而往往出現(xiàn)磷的凈吸收。     硝態(tài)氮對生物除磷的干擾有兩種方式。厭氧區(qū)內(nèi)的硝態(tài)氮妨礙發(fā)酵作用的進行，因為微生物利用硝態(tài)氮作為最終電子受體進行厭氧呼吸能獲得更多的能量，也就不會有低分子脂肪酸的產(chǎn)生。即使進水中存在這樣的低分子脂肪酸，硝態(tài)氮作為異養(yǎng)微生物的最終電子受體，也會導致乙酸鹽等低分子有機物的消耗。結(jié)果除磷微生物的幾乎得不到所

10、需的乙酸鹽。如果污水中除磷微生物所需的低分子脂肪酸量足夠大的話或除磷微生物本身就是反硝化菌的話，即使有硝態(tài)氮存在，除磷效果也可能不會受到明顯影響。反硝化除磷是用厭氧/缺氧交替環(huán)境來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的厭氧/好氧環(huán)境,馴化培養(yǎng)出一類以硝酸根作為最終電子受體的反硝化聚磷菌(denitrifying phos-phorus removing bacteria,簡稱DPB)為優(yōu)勢菌種,通過它們的代謝作用來同時完成過量吸磷和反硝化過程而達到脫氮除磷的雙重目的。應用反硝化除磷工藝處理城市污水時不僅可節(jié)省曝氣量,而且還可減少剩余污泥量,即可節(jié)省投資和運行費用。    1反硝化除

11、磷理論    在對除磷脫氮系統(tǒng)的研究過程中發(fā)現(xiàn),活性污泥中的一部分聚磷菌能以硝酸鹽作為電子受體在進行反硝化的同時完成過量吸磷。1993年荷蘭Delft大學的Kuba在試驗中觀察到:在厭氧/缺氧交替的運行條件下,易富集一類兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厭氧微生物,該微生物能利用2或-3作為電子受體,且其基于胞內(nèi)PHB和糖原質(zhì)的生物代謝作用與傳統(tǒng)/法中的聚磷菌(PAO)相似。針對此現(xiàn)象研究者們提出了兩種假說來進行解釋:兩類菌屬學說,即生物除磷系統(tǒng)中的可分為兩類菌屬,其中一類只能以氧氣作為電子受體,而另一類則既能以氧氣又能以硝酸鹽作為電子受體,因此它們在吸磷的

12、同時能進行反硝化;一類菌屬學說,即在生物除磷系統(tǒng)中只存在一類,它們在一定程度上都具有反硝化能力,其能否表現(xiàn)出來的關(guān)鍵在于厭氧/缺氧這種交替環(huán)境是否得到了強化。如果交替環(huán)境被強化的程度較深則系統(tǒng)中的反硝化能力較強,反之則系統(tǒng)中的反硝化能力弱,即不能進行反硝化除磷。也就是說,只有給創(chuàng)造特定的厭氧/缺氧交替環(huán)境以誘導出其體內(nèi)具有反硝化作用的酶,才能使其具有反硝化能力。這兩種假說都有各自的支持者,但大部分研究人員都贊同前者。     就-3是否可作為生物除磷過程的電子受體,Vlekke(1987年)和Takahiro(1992年)等分別利用厭氧缺氧(anaero

13、bic/anoxicSBR,簡稱2)系統(tǒng)和固定生物膜反應器進行了試驗研究。結(jié)果表明,作為氧化劑-3和氧氣在除磷系統(tǒng)中起著相同的作用,而且通過創(chuàng)造厭氧、缺氧交替的環(huán)境可篩選出以-3作為電子受體的聚磷菌優(yōu)勢菌屬即。類似的實驗室和生產(chǎn)性規(guī)模的生物除磷脫氮研究也表明,當微生物依次經(jīng)過厭氧、缺氧和好氧三個階段后,約占50%的聚磷菌既能利用氧氣又能利用-3作為電子受體來聚磷,即的除磷效果相當于總聚磷菌的50%左右。這些發(fā)現(xiàn)一方面說明了硝酸鹽亦可作為某些微生物氧化的電子受體,另一方面也證實了在污水的生物除磷系統(tǒng)中的確存在著屬微生物,而且通過馴化可得到富集的活性污泥。   

14、60;2反硝化除磷工藝    2 .1單、雙污泥反硝化除磷脫氮系統(tǒng)     反硝化除磷脫氮反應器有單污泥和雙污泥系統(tǒng)之分。在單污泥系統(tǒng)中,、硝化菌及非聚磷異養(yǎng)菌存在于同一懸浮污泥相中,共同經(jīng)歷了厭氧、缺氧和好氧環(huán)境;而在雙污泥系統(tǒng)中,硝化菌則獨立于而單獨存在于固定膜生物反應器或好氧硝化反應器中。雖然在單、雙污泥系統(tǒng)中都可利用由硝化產(chǎn)生的硝酸鹽作為電子受體在缺氧環(huán)境中實現(xiàn)反硝化除磷,但后者運行更穩(wěn)定、處理效果也更好,其原因是雙污泥系統(tǒng)為硝化菌和反硝化除磷菌創(chuàng)造了最佳的生長環(huán)境,且硝化和反硝化聚磷各系統(tǒng)的可根據(jù)實際運行

15、要求來選定(硝化的較長不利于反硝化和除磷,主要原因是聚磷菌體內(nèi)相當一部分會因長時間的曝氣而被消耗掉,從而導致后續(xù)反硝化所需碳源的不足)。進一步說,在雙污泥系統(tǒng)中可采用生物膜反應器進行硝化來提供-3電子受體,這樣不僅給生長速率較慢的硝化菌創(chuàng)造了穩(wěn)定的生長環(huán)境,增加了系統(tǒng)中硝化菌量,提高了硝化率,也可減少水力停留時間和反應器體積;同時在無需大規(guī)模污泥回流的前提下就能使出水保持較低的硝酸鹽濃度。目前,較典型的雙污泥系統(tǒng)是Dephanox工藝和2工藝,單污泥系統(tǒng)的代表是工藝。    2.2生物膜反硝化除磷脫氮工藝    

16、有關(guān)學者對生物膜法除磷進行了深入細致的研究。1994年,Keren-Jespersen等考察固定生物膜反應器除磷效果時首次發(fā)現(xiàn),通過厭氧(2)/缺氧(4)交替環(huán)境可培養(yǎng)出富集的反硝化生物膜,且在厭氧段可釋放0.523-4-/,在缺氧段可吸收2.03-4-/-3-,而剩余干污泥中磷的含量已達到8%10%,該試驗為用生物膜法實現(xiàn)反硝化除磷提供了依據(jù)。隨后,Falkentoft(2000年,2001年)等進行了生物濾池反硝化除磷的小試研究,試驗中培養(yǎng)出了富集的生物膜,并獲得了較好的除磷脫氮效果。在生物膜系統(tǒng)中擴散程度的不同將導致沿生物膜縱向生長的微生物種類的不同,因此研究生物膜的除磷機理必須考察底物

17、的擴散作用和生物膜的層狀分布(這兩者直接關(guān)系到厭氧段釋磷率和缺氧段的吸磷率,并將最終影響除磷脫氮效果)。鑒于生物膜除磷工藝的高度復雜性,在考察該工藝的實際運行能力時有必要利用AQUASIM計算機程序進行模型模擬研究。計算機模型模擬試驗可以深入研究生物膜內(nèi)部的情況,并可對工藝各反應階段的時間配比、反應池的大小和生物膜厚度等參數(shù)進行估算和評價,從而為實際工程運行提供參考依據(jù)。    3影響因素及其控制要點    3 1溶解氧     在反硝化除磷工藝中控制釋磷的厭氧條件極為重要。

18、厭氧段的溶解氧含量(<0.2/)通常用氧化還原電位()來度量。研究表明,值和磷含量之間呈良好的相關(guān)關(guān)系,能直觀地反映34-濃度的變化,從而能定量反映聚磷菌的性能特征,因此可把它作為厭氧釋磷過程擾動的一個實時指標。當值為正值時聚磷菌不釋磷,而當值為負值時絕對值越高則其釋磷能力就越強,一般認為應把值控制在-200-300。但是,在實際運行中因污泥或污水回流以及厭氧段未在封閉條件下運行而常會將氧氣帶入?yún)捬醵?為此可在原工藝基礎(chǔ)上前置一個厭氧段和實現(xiàn)厭氧段封閉運行來解決這個問題。    3 2-3和-2     資料

19、表明,只要厭氧段存在-3則反硝化菌就能優(yōu)先利用碳源進行反硝化反應而抑制聚磷菌的釋磷和的合成8。但另一方面,缺氧段的吸磷量和硝酸鹽投量有關(guān)。Merzouki等在考察硝酸鹽投量對2工藝除磷效果的影響時發(fā)現(xiàn):系統(tǒng)的除磷效果主要依賴于缺氧段所投加的硝酸鹽量及。設(shè)定為15,當硝酸鹽的濃度從100/升高到120/時,磷的去除率從63%升高到93%;當硝酸鹽濃度達到140/時除磷率接近100%,但這會導致硝酸鹽的過量。研究表明,-2的積累對除磷會起到抑制作用。Keren-Jespersen在研究固定生物膜反應器厭氧/缺氧交替運行條件下的釋磷、吸磷情況時發(fā)現(xiàn):當缺氧段的硝酸鹽負荷增高時能觀察到亞硝酸鹽的積累,

20、同時隨著硝酸鹽量的減少則吸磷也相應減少,一旦系統(tǒng)中的硝酸鹽被消耗盡,即使系統(tǒng)中還存在大量的亞硝酸鹽吸磷也隨之停止,取而代之的是開始放磷。這一現(xiàn)象表明,系統(tǒng)中的聚磷菌無法以亞硝酸鹽作為電子受體進行吸磷。同時,隨著亞硝酸鹽的形成則釋磷量和硝酸鹽耗量的比值減少,作者對其解釋是:只有硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽過程中產(chǎn)生的那部分能量才可被聚磷菌用作吸磷所需的能量,亞硝酸鹽的積累是由缺氧段初期過高的硝酸鹽濃度造成的。所以,在實際研究中硝酸鹽應分批、數(shù)次、小劑量投加,或使好氧時間盡量長來達到完全硝化反應,以免造成亞硝酸鹽的積累。但Meinhold(1999年)持不同觀點,他認為當亞硝酸鹽濃度不是很高(452-/)

21、時其可作為吸磷的電子受體;但當濃度較高時(82-/)亞硝酸鹽才會對缺氧吸磷完全起抑制作用。    3 3碳源種類     研究表明,釋磷菌在利用不同基質(zhì)的過程中對磷的釋放率存在著明顯的差異。Evans(1983年)等學者的試驗結(jié)果表明,在厭氧段投加丙酸、乙酸、葡萄糖等簡單有機物能誘發(fā)磷的釋放,但以乙酸的效果為最佳。因此,可以在厭氧段投加乙酸等易降解的低分子有機物來提高微生物的釋磷量,增加其體內(nèi)有機物貯存,為缺氧階段的大量吸磷創(chuàng)造條件。值得注意的是,碳源只有投加在厭氧段才能使出水的磷含量減少,如將碳源投加在缺氧段則會

22、優(yōu)先支持反硝化而使出水硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度降低卻不發(fā)生吸磷反應。    3 4/和/值     反硝化除磷系統(tǒng)首先要求提供給厭氧段足夠的可降解,其(如)越充足則合成的越多。Keren-Jespersen(1994年)的研究表明,缺氧條件下的吸磷率、反硝化率是聚磷菌體內(nèi)儲量的函數(shù);的消耗量(量)與缺氧段的反硝化率及吸磷率存在一定的線性關(guān)系;缺氧條件下的吸磷率是的一階方程。從這些函數(shù)關(guān)系可見,厭氧段提供的()充足與否直接關(guān)系著缺氧段反硝化和吸磷能力的強弱。按照理想的除磷理論,碳源(電子供體)和氧化劑(電子受體)不能同

23、時出現(xiàn),否則脫氮和除磷的效果都會受到影響。但在實際工程中不可能達到完全的理想條件,所以在提供給厭氧段充足碳源及缺氧段足量硝酸鹽的同時應注意適度原則,使進水的、和符合最佳比例關(guān)系以達到最佳的處理效果。當進水/值較高時,一方面-3量不足將導致吸磷不完全而使出水的磷含量偏高;另一方面有可能使厭氧段的投量超過了合成所需要的碳源量,過剩碳源在后續(xù)缺氧段被反硝化菌用于反硝化而未進行吸磷。進水/值較低時則會因-3過量而造成反硝化不徹底。Kuba(1996年)在考察2工藝的運行特征時發(fā)現(xiàn)其最佳/值為3.4,此時除磷率幾乎達到100%。當/值高于此值時(硝酸鹽量不足)可在缺氧段后引入一個短時曝氣(以2作為電子受

24、體)將殘留的磷去除;當/值低于此值時可通過外加碳源來去除過量的硝酸鹽。1999年,.Bortone在對Dephanox和兩工藝進行對比試驗中得到兩者在不同/值時的除磷率,繼之作者利用Mat/Lab-Simulink建立的模型對大量的不同/和/3-4-的進水進行了模擬試驗,發(fā)現(xiàn)即使/值很低、/3-4-值很高(電子受體數(shù)量在缺氧吸磷段不受限制),Dephanox工藝的除磷效率仍維持在90%以上。    3 5污泥停留時間()     反硝化除磷脫氮工藝的雙、單污泥系統(tǒng)由于硝化段設(shè)置方式的不同,其對的要求也不同。在工藝中

25、最小泥齡須優(yōu)先考慮硝化菌而非:在常溫下雖然工藝中/的最小小于硝化菌的最小,但可將的最小污泥齡和硝化菌的最小泥齡視為相同;但如果出現(xiàn)溫度較低情況(冬季)時,由于/對低溫很敏感,故它們的最小泥齡大于硝化菌的最小泥齡。而2工藝就不用考慮硝化菌的,只需注意的。(2001年)在對和2工藝基于動力學模型基礎(chǔ)上的評價時發(fā)現(xiàn):當進水=68/、=9/時,若要達到10/、<1/的排放標準,則工藝在=10時的最小=15、=20時的最小<10;對于2工藝(好氧硝化段的固定為30,這里討論的為的),由于硝化污泥和污泥是獨立的,所以它能獲得較穩(wěn)定的脫氮率,且出水<10/,但為了獲得磷濃度較低的出水,在=

26、5時的需延長至32(此時所需=25)。由模擬試驗結(jié)果可知,當溫度較低時(如=5)/需要較長的才能在系統(tǒng)中存活,并且2工藝的反硝化率受溫度影響較大,而污泥的泥齡變化對反硝化率沒有大的影響;當15、10“自溶”現(xiàn)象。綜合考慮上述情況可知,反硝化除磷系統(tǒng)的最佳值與溫度變化范圍、工藝組合方式和工藝運行要求等有關(guān),應通過試驗來獲得。    3 6值     值對厭氧釋磷影響較大,隨著值增大則/值也隨之提高(即消耗單位乙酸將會有更多的磷釋放),但當值過高時/值會有所降低,這主要是由磷酸鹽沉淀引起的。Kuba在研究值對2工藝處理

27、效果的影響時得到了類似的結(jié)果,同時還指出,值對反硝化除磷系統(tǒng)的影響和其對傳統(tǒng)除磷系統(tǒng)的影響有相似之處,但由于在=8時會出現(xiàn)磷酸鹽沉淀,所以實際的/值比理論值少20%,他的發(fā)現(xiàn)和Smolders研究值對/工藝運行影響的結(jié)果一致。    3 7其他影響因素     。通常系統(tǒng)中的越大(說明含量越多)則在厭氧段的釋磷效果越好,并且在缺氧段的吸磷能力也更強。但也不能過大,否則不僅會給沉淀分離帶來困難,還會增加污泥處理成本。攪拌。厭氧區(qū)和缺氧區(qū)不需供氧,但要使反應充分則攪拌必不可少(使污泥處于懸浮態(tài))。容積交換比。要提高2工

28、藝的脫氮率,最可行的方法是增大2和的容積交換比,或者考慮利用兩個(Sequencing Batch Biofilm Reactor )來進行反硝化除磷脫氮。生物膜擴散和層狀分布。底物擴散滲透作用的強弱會影響反應級數(shù)、生物膜自內(nèi)向外的生物種類和特性。況且,擴散作用又涉及到溶液濃度、生物膜厚度及微生物呈層分布等諸多因素,這些影響因素在生物膜反硝化除磷系統(tǒng)中必須予以考慮。    4結(jié)語     目前,反硝化除磷技術(shù)已從基礎(chǔ)性研究發(fā)展到了工程應用階段,隨著以其他碳源作為電子供體進行除磷研究的開展,以及細菌特異性16srRN

29、A靶向寡核苷酸探針熒光原位雜交(Fluorescent in situ Hybridization ,簡稱)、熒光抗體染色、(聚合酶鏈式反應)等非純培養(yǎng)技術(shù)的采用,人們對反硝化除磷機理將有更加清楚的認識。同時,在線檢測技術(shù)的應用、利用數(shù)學模型來優(yōu)化反硝化除磷工藝都可進一步提高它的可控性。到目前為止,國際普遍認可和接受的生物除磷理論是“聚合磷酸鹽累積微生物”的攝 放磷原理。近年來的許多研究發(fā)現(xiàn)除細菌可在好氧環(huán)境中攝磷外,另外一種“兼性厭氧反硝化細菌”也能在缺氧(無2,存在-3)環(huán)境下攝磷。目前,滿足所需環(huán)境和基質(zhì)的工藝有單、雙兩級。在單級工藝中,細菌、硝化細菌及非聚磷異養(yǎng)菌同時存在于懸浮增長的混

30、合液中,順序經(jīng)歷厭氧 缺氧 好氧三種環(huán)境。最具代表性的是工藝。在雙級工藝中,硝化細菌獨立于而單獨存在于某一反應器中。雙級工藝主要有和2等。    1 工藝    工藝實際上是工藝的一種變型。雖然的設(shè)計原理僅僅是基于對所需環(huán)境條件的工程強化,但實踐中發(fā)現(xiàn)該工藝中存在著不少的細菌。為了最大程度地從工藝角度創(chuàng)造的富集條件,荷蘭的工業(yè)大學研發(fā)出一種改進工藝。    工藝較工藝增加了兩個反應池。第一個介于工藝的厭氧和缺氧池之間(即接觸池),回流污泥和來自厭氧池的混合液在池中充分混合以吸

31、附剩余。另外,因接觸池是缺氧的,所以來自回流污泥中的硝酸鹽氮能被迅速反硝化脫除,在這種情況下絲狀菌生長非常緩慢,能有效地防止污泥膨脹。增加的第二個反應池是混合池,介于工藝的缺氧池與好氧池之間,目的是形成低氧環(huán)境以獲得同時硝化和反硝化,從而保證出水含有較低的總氮濃度?；旌铣氐脑鲈O(shè)除保證硝化和反硝化分別在好氧池和混合池中以各自最大反應速率進行外,它還能保證污泥充分再生(好氧池)時不影響硝酸鹽氮的有效去除(混合池)。因為污泥的再生程度能通過調(diào)節(jié)好氧池的曝氣強度控制,保證低負荷時污泥(磷細菌)中與糖原的最低含量,這意味著可保持較好的磷酸鹽去除率。獨立設(shè)置混合池和好氧池的益處有:  

32、   最大程度地保證污泥再生而不影響反硝化或除磷;     容易控制值;     最大程度地利用以獲得最少的污泥產(chǎn)量;     負荷高時可通過額外曝氣使系統(tǒng)運行穩(wěn)定;     負荷低時可通過減少曝氣使系統(tǒng)運行穩(wěn)定;     通過氧化還原電位和在線監(jiān)測可方便地進行過程控制并保證運行穩(wěn)定。    這些也正是工藝的優(yōu)點所在。然而,在以下兩種情況

33、下磷的去除效果不佳:為滿足硝化而使污泥齡過長;進水中 的比值過低。工程上的解決方案是將厭氧池末端的富磷上清液抽出,以離線方式在一個沉淀單元內(nèi)投加化學藥劑。    與工藝相比,工藝增加了兩個內(nèi)循環(huán)1和3。原有的內(nèi)循環(huán)2是為了分別維持一個較嚴格的厭氧區(qū)和缺氧區(qū)以防硝酸鹽氮與氧的進入。因為回流污泥被直接引入了接觸池,從好氧池設(shè)置內(nèi)循環(huán)3到缺氧池就十分必要,起輔助回流污泥向缺氧池補充硝酸鹽氮的作用。內(nèi)循環(huán)1的設(shè)置能在好氧池和混合池間建立循環(huán),以增加硝化或同時反硝化的機會,為獲得良好的出水氮濃度創(chuàng)造條件。內(nèi)循環(huán)的流量可通過在線監(jiān)測的氧化還原電位儀來控制。 

34、;   2 工藝    在1992年率先開發(fā)出第一個以厭氧污泥中為反硝化碳源的工藝,取得了良好的除磷脫氮效果。之后據(jù)此提出了具有硝化和反硝化除磷雙泥回流系統(tǒng)的除磷脫氮工藝。    回流污泥完成在厭氧池中的放磷和的儲備后在一中間沉淀池中進行泥水分離。分離后的上清液直接進入隨后的固定膜反應池中進行硝化;被沉淀的污泥跨越固定膜反應池進入一缺氧的懸浮生長反應池內(nèi)同時完成硝化和攝磷,然后再進入曝氣池再生污泥(氧化細胞內(nèi)殘余的),使其在下一循環(huán)中發(fā)揮最大的放磷和儲備能力。  &

35、#160; 此工藝具有能耗低、污泥產(chǎn)量低且消耗量低的特點。反硝化除磷污泥在厭氧區(qū)吸收有機物合成后,經(jīng)泥水分離不經(jīng)過好氧階段直接進入缺氧區(qū),聚磷菌體內(nèi)的未被消耗,全部用于反硝化攝磷,保證了反硝化所需的碳源。供氧僅用于硝化和反硝化除磷后剩余有機物的氧化,從而減少了曝氣量。    這種工藝布置經(jīng)證實對脫氮除磷的有機基質(zhì)的利用是非常有效的,它解決了反硝化菌和聚磷有機物對有機基質(zhì)的競爭問題,同時也解決了活性污泥中典型的世代時間短的有機營養(yǎng)菌大大超過世代時間長的硝化細菌的問題。其最大的優(yōu)點是使附在生物膜上的敏感的好氧性硝化細菌不暴露在缺氧條件下,而傳統(tǒng)的活

36、性污泥系統(tǒng)則做不到這一點。    然而實際應用中此類工藝面臨一些問題。大量研究表明,缺氧條件下磷的去除效率低于好氧條件下的效率,而且磷的去除效果很大程度上取決于缺氧段硝酸鹽的濃度。當缺氧段硝酸鹽量不充足時磷的過量攝取受到限制,而硝酸鹽量富余時硝酸鹽又會隨回流污泥進入?yún)捬醵?干擾磷的釋放和聚磷菌的合成。實際應用時進水中氮和磷的比例是很難恰好滿足缺氧攝磷的要求,這就給系統(tǒng)的控制帶來了困難。    3 2工藝    2工藝是一種新型的雙泥反硝化除磷工藝,由2 -反應器和-反應器組成

37、。2 -的主要功能是去除和反硝化除磷脫氮;-反應器主要起硝化作用。這兩個反應器的活性污泥是完全分開的,只將各自沉淀后的上清液相互交換。    經(jīng)化學計量表明,在 比最優(yōu)的情況下( 值為7),它比傳統(tǒng)的好氧脫氮除磷工藝節(jié)省50%的,除磷效率接近100%,脫氮效率約為90%。另外其耗氧量和污泥產(chǎn)量可分別減少約30%和50%,還可節(jié)省能耗和污泥處理費用。污泥的為8090 ,沉降性能良好,不易發(fā)生污泥膨脹。另外,2工藝和工藝一樣,可分別控制硝化菌和異養(yǎng)菌(聚磷菌和反硝化菌)的泥齡,解決了異養(yǎng)菌和硝化菌的泥齡之爭,有利于反硝化脫氮除磷與硝化的各自優(yōu)化。其脫氮效率不

38、高的原因是有部分的+4未經(jīng)硝化直接和污泥一起進入了缺氧段,無法完成反硝化過程,從而使出水中含有部分的+4。和單級工藝相比,雙級工藝采用后置反硝化而不是前置反硝化,可以避免從好氧池向缺氧池大量回流污泥,從理論上來說可以達到100%的除磷效率。    4 結(jié)語    反硝化除磷的發(fā)現(xiàn)是生物除磷的最新研究成果。實現(xiàn)反硝化除磷能分別節(jié)省50%和30%的與2消耗量,相應減少50%的剩余污泥量。這種生物除磷新途徑將反硝化脫氮和生物除磷有機地合二為一,是反硝化除磷可節(jié)省能源和資源的原因所在。也正是這個原因,上述一系列工藝被譽為適

39、合可持續(xù)發(fā)展的綠色工藝。    目前,反硝化除磷技術(shù)已從基礎(chǔ)性研究發(fā)展到了工程應用階段。實踐表明它對城市污水,特別是 比值較小的污水有很好的處理效果。隨著以其他碳源作為電子供體進行除磷研究的開展,以及使用16和23寡核苷酸探針對細菌進行鑒別和分析,人們對反硝化除磷機理將會有更加清楚的認識。    由于系統(tǒng)對于2、-3等的控制要求較高,今后尚需研究開發(fā)各種在線檢測技術(shù)以提高處理工藝的可控性。在很多研究中都有由于亞硝酸鹽的累積而出現(xiàn)抑制厭氧吸磷的現(xiàn)象，但是這種現(xiàn)象都是短暫的，主要是由于部分反硝化聚磷菌只能將硝酸鹽還原成

40、亞硝酸鹽，但這種累積是短暫的，并未對反硝化聚磷構(gòu)成影響。至于你說的如何利用亞硝酸鹽做電子受體代替硝酸鹽我還沒有見過。在COD2505OO之間，反硝化聚磷菌（DPB）才發(fā)揮明顯的作用，同時必須投加C源，在實際的污水處理過程中，缺氧段中DPB發(fā)揮的除磷的作用很少。1. 改良A/A/O工藝(回流污泥反硝化生物除磷脫氮工藝)    為了避免改良UCT工藝增加一套回流系統(tǒng)和厭氧池污泥濃度較低的弱點，以及避免A2/O抗回流硝酸鹽影響能力不夠強的弱點，通過綜合A/A/O工藝和改良UCT的優(yōu)點，中國市政工程華北設(shè)計研究院開發(fā)了改良A/A/O工藝，即在厭氧池之前增設(shè)缺氧/

41、厭氧調(diào)節(jié)池（回流污泥反硝化池），來自二沉池的回流污泥和10%左右的進水進入該池，停留時間為2030 min，微生物利用約10%進水中的有機物及內(nèi)源反硝化去除所有的回流硝態(tài)氮，消除硝態(tài)氮對厭氧池的不利影響，從而保證厭氧池的穩(wěn)定性，使聚磷菌在競爭溶解性快速生物降解有機物方面占據(jù)優(yōu)勢。測試結(jié)果表明該工藝的處理效果與改良UCT相同甚至優(yōu)于改良UCT，并節(jié)省了一個回流系統(tǒng)，1989年起已經(jīng)在泰安、青島等地的污水處理工程中得到了應用。        2.倒置A/A/O工藝(回流污泥反硝化生物除磷工藝）  &

42、#160; 作為改良A/A/O工藝流程的簡化，在出水總氮要求不高的情況下，吸收改良A/A/O工藝的優(yōu)點，降低處理工藝的總體反硝化水平，中國市政工程華北設(shè)計研究院結(jié)合實際工程需要，在改良A/A/O工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)了回流污泥反硝化生物除磷工藝（缺氧/厭氧/好氧工藝，簡稱倒置A/A/O工藝或倒置A2/O工藝），原理與改良A/A/O工藝相同，已經(jīng)在北京、天津、山東等地的污水處理工程中應用。    一、一體化氧化溝工藝的特點    一體化氧化溝廣義上是指，作為生化處理的氧化溝和沉淀池或其他類型的固液分離設(shè)施合建為同

43、一構(gòu)筑物的布置形式。目前國內(nèi)有單位推出的一體化氧化溝，主要包括側(cè)溝式和中心島式兩種類型，其特點是：集曝氣、沉淀（泥水分離）和污泥回流功能為一體，不設(shè)單獨的沉淀池。主要優(yōu)點是節(jié)省占地面積。       一體化氧化溝在保持了氧化溝原有諸多優(yōu)點的基礎(chǔ)上還有以下優(yōu)點：       1. 采用曝氣與沉淀的合建方式，占地較省。       2.特殊的固液分離器，能達到較大的污泥表面負荷，相對普通沉淀

44、池更節(jié)省用地及基建投資。       3.省去專門的污泥回流系統(tǒng)，投資和運行費用有所減少。    不足之處：       1. 難以形成功能相對獨立的厭氧、缺氧和好氧區(qū)域，對除磷脫氮要求較高的場合穩(wěn)定性較差。      2.  固液分離器內(nèi)斜板（或類似組件）強化了分離效果，提高了表面負荷，從而進一步減少占地面積。但是，實踐證明，由于污水污泥具有粘稠性，且易形成生物粘膜，斜管或斜板有堵塞和淤積的可能，會增加維護的工作量。        3.只有在理想的水力條件下，固液分離器內(nèi)才會形成污泥層，通過截留作用，強化分離效果。但是，由于污水流量和水質(zhì)的變化，氧化溝內(nèi)的流速和出流量總是變化的，污泥層難以穩(wěn)定，有可能出現(xiàn)浮泥，增加出水的SS。   水深一般在3.5m以下。        該工藝技術(shù)由于“一體化”的組合，構(gòu)筑物相對簡單，能耗略有降低。在給予適當技術(shù)改進，如：改進表曝設(shè)備，提高可靠性和穩(wěn)定